Welke rol speelt de gereedschapshouder in het verspanen? 

Moderne CAD/CAM-geoptimaliseerde freesstrategieën kunnen 75 procent van de bewerkingstijd besparen. Verspaners moeten zich richten op dergelijke verbeterde processen als ze duurzaam en productief willen zijn. Dat stelt Andreas Haimer, directeur en president van de Haimer Group.

Duurzaamheidsoverwegingen zijn momenteel “trendy”. Verspaning en de daarvoor gebruikte apparatuur vormen hierop geen uitzondering. Er wordt vaak nagedacht over afzonderlijke elementen, zoals de gereedschapshouder. Maar als je echt duurzaam wilt handelen, moet je je niet te veel richten op dergelijke details, anders mis je misschien voordelen in het totale proces.

Duurzaamheid is een onderwerp dat terecht steeds belangrijker voor ons wordt. Hulpbronnen zijn beperkt en energie wordt steeds duurder. Bij het beoordelen van duurzaamheid is het belangrijk om niet te veel naar een product te kijken, maar ook naar het milieu – de levenscyclus van het product en het hele proces waarin het product is geïntegreerd.

Machinale bewerking

Metaalbewerking heeft vele facetten. Afhankelijk van het materiaal, de geometrie van de onderdelen en de hoeveelheden wordt een grote verscheidenheid aan machines, gereedschappen en opspanmiddelen gebruikt. Er moet ook rekening worden gehouden met externe omstandigheden zoals de productielocatie, de kwalificaties van de werknemers en mogelijke automatisering. Er zijn veel verschillende productieopties die de beste, meest economische en meest duurzame oplossing kunnen zijn, afhankelijk van het individuele geval. Het is moeilijk om hier geen appels met peren te vergelijken.

Hoe wordt duurzaamheid gemeten? Naast de gebruikte materialen is energie-efficiëntie waarschijnlijk de belangrijkste factor die een duurzaam proces bepaalt. Daarom is het veelbelovend om op zoek te gaan naar de grootste verbruikers en het gebruik ervan te optimaliseren.

Bij machinale bewerking is dit ongetwijfeld de bewerkingsmachine, die het grootste deel van de gebruikte energie verbruikt met haar spindel- en asaandrijvingen, randapparatuur en hulpeenheden zoals koeling, smering of persluchttoevoer.

Bij de aanschaf van nieuwe machines kan de gebruiker het verbruik aanzienlijk verlagen door aandacht te besteden aan energiebesparende componenten. Andreas Haimer, directeur en president van de Haimer Group legt uit: “In onze eigen productie hebben we geleerd dat het vervangen van een oud bewerkingscentrum door een nieuw met hetzelfde bewerkingsproces ongeveer 30 procent minder energie kost.”

Terug naar de machines, waar niet elk ouder bewerkingscentrum vervangen kan worden door een nieuwe. Er kan ook bespaard worden in het bewerkingsproces, bijvoorbeeld door CAD/CAM-geoptimaliseerde bewerkingsstrategieën te gebruiken, zoals trochoïdaal frezen. Andreas Haimer heeft een concreet voorbeeld: “Een klant gaf ons gegevens over hoe hij de bewerkingstijd met 75 procent kon terugbrengen van 71 minuten naar 18 minuten per onderdeel door trochoïdaal te frezen met onze Haimer Power krimphouders en Haimer Mill frezen in vergelijking met het frezen met een vlakfrees. Terwijl de spindelbelasting 80-85% was voor 10 onderdelen bij conventionele bewerking met een vlakfrees, resulterend in totale energiekosten van ongeveer 150 euro, reduceerde de trochoïdale freesstrategie met een spindelbelasting van 8-10% en een aanzienlijk kortere machinetijd de energiekosten tot een totaal van 5 euro voor 10 onderdelen. Dit betekent op zijn beurt een hogere output met een lager energieverbruik per geproduceerd onderdeel – dat noem ik nog eens duurzaam en efficiënt.”

Krimphouder

Hoe kan een gereedschapshouder bijdragen aan duurzaamheid? Bij een bewerkingsproces waarbij de freesmachine gemiddeld zo’n 30 kW verbruikt, plus het vermogen van hydraulische en pneumatische apparaten, automatiseringsapparatuur en robots, speelt de gereedschapshouder slechts een ondergeschikte rol. Dit komt omdat de gereedschapshouder een relatief klein detail is, zelfs als het klemproces doormiddel van krimptechnologie een marginale hoeveelheid energie verbruikt.

Als we kijken naar andere klemsystemen, dan is het energieverbruik tijdens het krimpen hoger bij operationeel gebruik dan bij een hydraulische of een mechanischehouder. Als je kijkt naar de gehele productlevenscyclus van een gereedschapshouder, die productie, onderhoud en afvoer omvat, ontstaat een heel ander beeld.

De productie van een hydraulische gereedschaphouder vergt aanzienlijk meer inspanning en energie vanwege de gecompliceerdere opbouw. Naast de uiterst precieze bewerking van de afzonderlijke onderdelen is er ook nog het solderen van de expansiehuls, de extra warmtebehandeling om te voorkomen dat de soldeerverbinding breekt en de inspanning die nodig is voor het reinigen, monteren en vullen met olie. “Uit onze ervaring blijkt dat de energie die nodig is voor de productie ongeveer drie keer zo hoog is als voor de krimphouder”, legt Andreas Haimer uit. “Naast krimphouders hebben we ook hydraulische houders in ons uitgebreide portfolio, hoewel hun catalogusprijzen twee tot drie keer hoger liggen dan die van krimphouders vanwege het complexe productieproces. Voor bepaalde toepassingen zijn ze de juiste oplossing. Ze zijn echter niet duurzamer. Onze analyses hebben aangetoond dat de productie van een hydraulische houder ongeveer 25 kWh meer energie vergt dan die van een krimphouder. Omgekeerd betekent dit voor de levenscyclus van het product dat een krimphouder met een energiebehoefte van 0,026 kWh per krimp- en koelcyclus bijna 1000 keer gekrompen kan worden voordat hij meer energie nodig heeft dan een hydraulische houder.” Hetzelfde geldt voor mechanische houders, die veel gecompliceerder zijn en meer onderdelen bevatten, evenals vet en smeermiddelen.

Levenscyclus

Naast de hogere productiekosten is er ook het verschil in onderhoud. Terwijl Haimer-krimphouders onderhoudsvrij zijn door de bijzondr hoge kwaliteit van het warmte behandelde gereedschapsstaal en, in combinatie met de gepatenteerde Haimer-spoel- en krimpmachinetechnologie, een onbeperkt aantal keren in- en uit elkaar gekrompen kunnen worden, moeten hydraulische houders en mechanische houders uiterlijk om de 2-3 jaar terug naar de fabrikant om de klemkracht te controleren, de klemschroef te smeren of het systeem in te vetten en regelmatig onderhoud aan de houder uit te voeren vanwege slijtage. De hydraulische vloeistof of het vet in de houder maakt milieuvriendelijk afvoeren ook moeilijker dan bij krimphouders, die geen extra componenten bevatten. Naast de levensduur zijr ook significante verschillen op het gebied van procesbetrouwbaarheid: bij droge bewerking of onvoldoende koeling tijdens het bewerkingsproces bestaat bij hydraulische houders het risico dat de spankamers barsten door de hoge warmteontwikkeling, met als gevolg dat het snijgereedschap uit de houder getrokken kan worden.. Krimphouders zijn in dit opzicht robuuster en duurzamer; als u het risico van het snijgereedschap uit de houder getrokken kan worden volledig wilt uitsluiten, is het Haimer Safe-Lock systeem als optie leverbaar voor krimphouders voor 100% veiligheid.

Energieverbruik in perspectief

Maar hoe wordt het energieverbruik tijdens het krimpproces eigenlijk berekend? Het opwarmen van een krimphouder duurt ongeveer 5 seconden met een huidige Haimer krimpmachine. Ervaren gebruikers krimpen een versleten snijgereedschap en krimpen een nieuw snijgereedschap in één handeling. De gereedschaphouder wordt dus maar één keer verwarmd en gekoeld. Het maximale vermogen van een Haimer Power Clamp krimpmachine met de gepatenteerde NG-spoel is 13 kW, maar het gemiddelde is 8 kW. Dit betekent dat één volledig krimpproces ongeveer 0,011 kWh verbruikt. Daarbovenop verbruikt het koelen ongeveer 0,015 kWh – hoewel Haimer-apparaten tot vijf houders parallel en tegelijkertijd kunnen koelen met bijna hetzelfde energieverbruik. In het slechtste geval resulteert dit in een totaal van 0,026 kWh voor het hele proces. Als een kilowattuur 20 cent kost, kost het krimpen en koelen van een gereedschap slechts 0,5 cent.

En hoe moet het energieverbruik worden geclassificeerd als we kijken naar het bewerkingsproces, waarbij het stroomverbruik van een freesmachine met alle hulpaandrijvingen rond de 30 kW ligt? Ervan uitgaande dat een gereedschap ongeveer 1 uur in gebruik is en dat zelfs maar één procent van de bewerkingstijd kan worden bespaard dankzij de hoge rondloopnauwkeurigheid en stijfheid of de verbeterde freesstrategieën dankzij de slanke contour, zou dat 0,3 kWh bespaarde energie zijn. Dit is ongeveer 11 keer de hoeveelheid energie die gebruikt wordt voor het krimpen.

Andreas Haimer vat samen: “Het energieverbruik per spanproces speelt een verwaarloosbare rol in vergelijking met de levenscyclus, procesbetrouwbaarheid en bewerkingsstrategie. Moderne CAD/CAM-geoptimaliseerde freesstrategieën kunnen 75 procent van de bewerkingstijd besparen. Verspaners moeten zich richten op dergelijke verbeterde processen als ze duurzaam en productief willen zijn.”